Что такое режим короткого замыкания трансформатора

Режим короткого замыкания трансформатора

Режим короткого замыкания – такой предельный режим работы трансформатора, когда к первичной обмотке подводится определенное напряжение, а вторичная обмотка замкнута накоротко.

Различают два вида короткого замыкания – аварийное и испытательное.

Аварийное короткое замыкание происходит в условиях эксплуатации трансформатора, когда он включен на номинальное первичное напряжение. Это опасный аварийный режим, при котором токи в обмотках трансформатора во много раз превышают их номинальные значения. Такие токи приводят обычно к выходу трансформатора из строя (обмотки обугливаются, разрываются). От такого режима трансформатор защищает специальная аппаратура (предохранители, автоматические выключатели, реле), которая в возможно короткий срок должна отключить питание с первичной стороны и предохранить трансформатор от разрушения.

Испытательный режим короткого замыкания или опыт короткого замыкания, создается искусственно путем подведения к первичной обмотке трансформатора специально пониженного напряжения U = Uк, при котором токи в обеих обмотках не превышают номинальных значений. По данным опыта короткого замыкания определяют ряд важных параметров и характеристик трансформатора.

Напряжением короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называется напряжение, которое при номинальной частоте следует подвести к зажимам одной из обмоток при замкнутой накоротко другой обмотке, чтобы в них установились номинальные токи. Обычно напряжение короткого замыкания выражается в процентах от номинального напряжения

(8.9)

Обычно uк= 5,5 – 10% от U и не зависит от того, которая из двух обмоток трансформатора замыкается накоротко. Это важный эксплуатационный параметр, указываемый на щитке трансформатора или в его технической документации.

Поскольку в опыте uк мало, то и поток в магнитопроводе тоже мал, следовательно, потерями в стали, пропорциональными квадрату магнитной индукции, можно пренебречь, считая, что вся потребляемая мощность идет на покрытие тепловых потерь (потерь в меди) в обмотках, т.е.

(8.10)

Режим короткого замыкания трансформатора обычно исследуют опытным путем, когда вторичная обмотка трансформатора закорачивается на амперметр, а к первичной обмотке подводится пониженное напряжение, измеряемое вольтметром, при котором токи в первичной и вторичной цепях не превосходят их номинальных значений. Величина мощности, потребляемой трансформатором из сети в режиме короткого замыкания, измеряется ваттметром.

В опыте короткого замыкания определяются:

а) напряжение короткого замыкания (по показаниям вольтметра U1кн и показаниям амперметров I и I)

б) активные потери при коротком замыкании трансформатора, которые примерно равны потерям в меди обмоток (по показаниям ваттметра)

в) коэффициент мощности cosjк (по показаниям ваттметра), вольтметра и амперметра в первичной цепи);

г) параметры схемы замещения трансформатора при коротком замыкании:

(8.11)

Таким образом, проделав опыты холостого хода и короткого замыкания, можно определить полные потери трансформатора при его работе под нагрузкой, а следовательно, определить и его коэффициент полезного действия.

Режим короткого замыкания трансформатора

Режимом короткого замыкания трансформатора называется такой режим, когда выводы вторичной обмотки замкнуты токопроводом с сопротивлением, равным нулю (ZH = 0). Короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации создает аварийный режим, так как вторичный ток, а следовательно, и первичный увеличиваются в несколько десятков раз по сравнению с номинальным. Поэтому в цепях с трансформаторами предусматривают защиту, которая при коротком замыкании автоматически отключает трансформатор.

Опыт короткого замыкания трансформатора

Этот опыт, как и опыт холостого хода, проводят для определения параметров трансформатора. Собирают схему (рис. 3), в которой вторичная обмотка замкнута накоротко металлической перемычкой или проводником с сопротивлением, близким к нулю. К первичной обмотке подводится такое напряжение Uк, при котором ток в ней равен номинальному значению I1ном.

Рис. 3. Схема опыта короткого замыкания трансформатора

По данным измерений определяют следующие параметры трансформатора.

Напряжение короткого замыкания

где UK — измеренное вольтметром напряжение при I1, = I1ном. В режиме короткого замыкания UK очень мало, поэтому потери холостого хода в сотни раз меньше, чем при номинальном напряжении. Таким образом, можно считать, что Рпо = 0 и измеряемая ваттметром мощность — это потери мощности Рпк, обусловленные активным сопротивлением обмоток трансформатора.

При токе I1, = I1ном получают номинальные потери мощности на нагрев обмоток Рпк.ном, которые называются электрическими потерями или потерями короткого замыкания.

Из уравнения напряжения для трансформатора, а также из схемы замещения (см. рис. 1) получаем

где ZK — полное сопротивление трансформатора.

Измерив Uк и I1 можно вычислить полное сопротивление трансформатора

Потери мощности при коротком замыкании можно выразить формулой

поэтому активное сопротивление обмоток трансформатора

находят из показаний ваттметра и амперметра. Зная Zк и RК, можно вычислить индуктивное сопротивление обмоток:

Зная Zк, RК и Хк трансформатора, можно построить основной треугольник напряжений короткого замыкания (треугольник ОАВ на рис. 2), а также определить активную и индуктивную составляющие напряжения короткого замыкания:

Принцип работы трансформатора под нагрузкой

Если к первичной обмотке трансформатора подключить напряжение U1, а вторичную обмотку соединить с нагрузкой, в обмотках появятся токи I1 и I2. Эти токи создадут магнитные потоки Ф1 и Ф2, направленные навстречу друг другу. Суммарный магнитный поток в магнитопроводе уменьшается. Вследствие этого индуктированные суммарным потоком ЭДС E1 и E2 уменьшаются. Действующее значение напряжения U1 остается неизменным. Уменьшение E1, согласно (2), вызывает увеличение тока токи I1. При увеличении тока I1 поток Ф1 увеличивается ровно настолько, чтобы скомпенсировать размагничивающее действие потока Ф2. Вновь восстанавливается равновесие при практически прежнем значении суммарного потока.

12. Коэффициент трансформации.
оэффициентом трансформации «k» называется отношение напряжения U1 на концах первичной обмотки трансформатора к напряжению U2 на выводах его вторичной обмотки, определенному на холостом ходу (когда вторичных обмоток несколько, то коэффициентов k – тоже несколько, они определяются в этом случае по очереди). Это отношение принимается равным соотношению количеств витков в соответствующих обмотках. Величина коэффициента трансформации легко вычисляется путем деления показателей ЭДС обмоток исследуемого трансформатора: ЭДС первичной обмотки – на ЭДС вторичной.

13.Потери и КПД трансформатора.
В процессе трансформирования электрической энергии часть энергии теряется в трансформаторе на покрытие потерь. Потери в трансформаторе разделяются на электрические и магнитные.

Электрические потери. Обусловлены нагревом обмоток трансформаторов при прохождении по этим обмоткам электриче­ского тока. Мощность электрических потерь пропорциональна квадрату тока и определяется суммой электрических потерь в пер­вичной и во вторичной обмотках

Электрические потери называют переменными, так как их ве­личина зависит от нагрузки трансформатора (рис. 44).

Магнитные потери. Происходят главным образом в магнито­проводе трансформатора. Причина этих потерь – систематическое перемагничивание магнитопровода переменным магнитным полем. Это перемагничивание вызывает в магнитопроводе два вида магнит­ных потерь: потери от гистерезиса , связанные с затратой энергии на уничтожение остаточного магнетизма в ферромагнитном материа­ле магнитопровода, и потери от вихревых токов , наводимых пере­менным магнитным полем в пластинах магнитопровода:

.

Эффективность или КПД η трансформатора определяется отношением выходной мощности P2 к еговходной мощности P1:

14. Трехфазные трансформаторы.
Устройство и особенности трехфазных трансформаторов.
Обмотки трехфазного трансформатора расположены на стержнях так же, как и в однофазном трансформаторе, т.е. обмотки низшего напряжения НН размещаются ближе к стержню, а обмотки высшего напряжения ВН—на обмотках низшего напряжения. Для правильного соединения обмоток необходимо разметить начала и концы фаз высшего напряжения (A, В, С и X, У, Z) и низшего напряжения (а, b, с и х, у, z) и придерживаться этой маркировки. Ошибка в маркировке одной из фаз или ошибка в соединении фаз может привести к тому, что ЭДС, наведенные в одноименных фазах, будут не совпадать по фазе, а будут сдвинуты относительно друг друга на 180°.

В трехфазных трансформаторах, кроме гальванической связи фаз, есть и магнитная, так как магнитопроводы отдельных фаз объединены в общую магнитную систему (рис. 2.18). Такое объединение возможно благодаря тому, что магнитные потоки в отдельных фазах сдвинуты по фазе относительно друг друга на угол 120°. Если объединить стержни трех фаз (рис. 2.19, а) в один общий стержень (рис. 2.19,б), то сумма трех потоков в нем в любой момент времени равна нулю и, следовательно, стержень не нужен (рис. 2.19, в). Таким образом, магнитная система трехфазного трансформатора из шестистержневой модифицируется в трехстержневую (рис. 2.19, г и 2.18).

Дата добавления: 2018-05-12 ; просмотров: 2227 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Напряжение короткого замыкания

Как и для чего проводится опыт короткого замыкания трансформатора?

Режимом короткого замыкания трансформатора называется такой режим, когда выводы вторичной обмотки замкнуты токопроводом с сопротивлением, равным нулю (ZH = 0). Короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации создает аварийный режим, так как вторичный ток, а следовательно, и первичный увеличиваются в несколько десятков раз по сравнению с номинальным. Поэтому в цепях с трансформаторами предусматривают защиту, которая при коротком замыкании автоматически отключает трансформатор.
В лабораторных условиях можно провести испытательное короткое замыкание трансформатора, при котором накоротко замыкают зажимы вторичной обмотки, а к первичной подводят такое напряжение Uк, при котором ток в первичной обмотке не превышает номинального значения (Iк

находят из показаний ваттметра и амперметра. Зная Zк и RК, можно вычислить индуктивное сопротивление обмоток:

Зная Zк, Rк и Хк трансформатора, можно построить основной треугольник напряжений короткого замыкания (треугольник ОАВ на рис. 2), а также определить активную и индуктивную составляющие напряжения короткого замыкания:

5. Как и для чего проводится опыт холостого хода трансформатора.

Для чего проводится опыт холостого хода: Опыты холостого хода и короткого замыкания проводятся для определения коэффициента трансформации, потерь в трансформаторе и параметров схемы замещения. Холостой ход трансформатора – это один из предельных режимов работы трансформатора.
Опыт холостого хода.Холостым ходом трансформатора называется такой режим его работы, при котором первичная обмотка включена на номинальное напряжение , а вторичная обмотка разомкнута (рис. 10.1)

Рис. 10.1. Схема опыта холостого хода

Режим холостого хода позволяет опытным путем установить следующие характерные для трансформатора величины: а) коэффициент трансформации; б) ток холостого хода; в) потери мощности в стали.

Коэффициент трансформации трансформатора

,

где и – число витков обмоток.

Мощность определяет затраты энергии в пределах трансформатора. Она приблизительно равна потерям в стали, поскольку потери в стали независимы от нагрузки трансформатора, так как при работе трансформатора магнитный поток почти не меняется. Поэтому при любой нагрузке.

При холостом ходе . Коэффициент мощности нагруженного трансформатора в основном зависит от коэффициента мощности нагрузки. При холостом ходе обычно не превышает 0,2…0,3.

ElectronicsBlog

Обучающие статьи по электронике

Режимы работы трансформатора. Часть 2

Всем доброго времени суток! В первой части статье о режимах работы трансформатора я рассказал о холостом ходе и расчете параметров в этом режиме. Кроме данного режима трансформатор может оказаться в аварийном режиме – режиме короткого замыкания. Кроме того одним из этапов испытания и проверки параметров трансформатора является опыт короткого замыкания, при котором на первичную обмотку подают такое напряжение, при котором в замкнутой вторичной обмотке протекает номинальный ток. Данный опыт и опыт короткого замыкания позволяют определить КПД трансформатора. Об этом пойдет речь в данной статье.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Режим короткого замыкания

В процессе работы трансформатора иногда возникают ситуации, когда его вторичная обмотка оказывается замкнутой. В этом случае в ней возникает ток, превышающий номинальный в десятки раз. В этом случае говорят о работе трансформатора в режиме короткого замыкания. Данный режим является аварийным и недопустимым, так как вследствие перегрева обмоток трансформатора происходит их разрушение. Таки образом, режим короткого замыкания характеризуется следующими параметрами напряжения и тока

Для испытания трансформатора и определения некоторых его параметров проводят опыт короткого замыкания, при котором вторичную обмотку замыкают, а на первичную обмотку подают такое напряжение, что во вторичной обмотке устанавливается номинальный ток. В таком случае напряжение на первичной обмотке называется нормальным напряжением короткого замыкания. Величину данного напряжения в параметрах трансформатора обычно выражают в процентах от номинального напряжения первичной обмотки

где UКЗ – нормальное напряжение короткого замыкания,

UH – номинальное напряжение на первичной обмотки.

«Нормальное» короткое замыкание

В виду того, что нормальное напряжение короткого замыкания UКЗ составляет несколько процентов (обычно 1-3%), то и противодействующая ей ЭДС самоиндукции Е1 в первичной обмотке так же имеет незначительное значение. Соответственно и электромагнитная индукции и потери в сердечнике будут незначительными, то есть в практических расчётах их можно не учитывать. Ниже приведена эквивалентная схема замещения трансформатора в режиме «нормального» короткого замыкания


Эквивалентная схема замещения трансформатора в режиме «нормального» короткого замыкания.

Так как мощность, подводимая к трансформатору, тратится в основном на преодоление сопротивления провода обмоток, то параметры магнитного контура трансформатора можно не учитывать. Тогда параметры трансформатора можно описать следующими выражениями

где РКЗ – мощность при коротком замыкании,

IКЗ – ток короткого замыкания,

RК – суммарное сопротивление первичной и вторичной обмоток.

Так как в данном режиме по обмоткам протекают номинальные токи, то и температура обмоток также будет соответствовать рабочей, поэтому для определения реальной величины сопротивления обмоток необходимо сопротивление короткого замыкания полученное опытным путем пересчитать с учетом температурного коэффициента сопротивления и условной температуры 75 °С.

Опыт короткого замыкания

Как я уже говорил в предыдущей статье, изготовленный трансформатор подвергают двум основным испытаниям: опыту холостого хода и опыту короткого замыкания. Первое испытание я рассмотрел в предыдущей статье, а для второго собирают схему изображенную ниже


Схема опыта короткого замыкания.

Как видно на схеме в цепь первичной обмотки трансформатора включены вольтметр PV1, амперметр РА1 и ваттметр PW1, а вторичная обмотка замкнута накоротко. Для снятия характеристик трансформатора в этом режиме на первичную обмотку трансформатора подают такое напряжение UКЗ, при котором ток IКЗ в обмотке соответствовал номинальному току. После того как трансформатор прогреется в течении нескольких минут снимают показания с приборов.

Для построения графической характеристики короткого замыкания снимают параметры при изменении напряжения на первичной обмотке от 30 до 110 % UКЗ.

При проведении опыта короткого замыкания определяют следующие параметры трансформатора:

— процентное отношение напряжения короткого замыкания UКЗ%

где UКЗ – «нормальное» напряжение короткого замыкания,

UН – номинальное напряжение первичной обмотки.

— активное сопротивление обмоток трансформатора RК

где РКЗ – мощность, снимаемая с ваттметра PW1,

IКЗ – ток короткого замыкания, снимаемая с амперметра РА1.

— полное сопротивление обмоток трансформатора ZK

где UКЗ – «нормальное» напряжение короткого замыкания, снимаемое с вольтметра PV1.

— реактивное сопротивление обмоток трансформатора ХК

— коэффициент мощности короткого замыкания cos φКЗ

Мощность, подводимая к трансформатору при проведении опыта короткого замыкания для силовых трансформаторов, составляет 1 – 4 % от номинальной мощности трансформатора. При этом, чем больше номинальная мощность трансформатора, тем меньше мощность при проведении опыта короткого замыкания, то есть меньше потери в обмотках.

Коэффициент полезного действия трансформатора

Одной из основных характеристик любого преобразовательного устройства и трансформатора, в частности, является коэффициент полезного действия или сокращенно КПД.

Коэффициентом полезного действия трансформатора (КПД) η называется отношение активной мощности отдаваемой трансформатором Р2 к активной мощности подаваемой на трансформатор Р1

КПД трансформатора можно определить несколькими способами: прямым измерением мощностей и косвенным.

Прямой метод вычисления КПД заключается в измерении отдаваемой Р2 и поступаемой Р1 мощностей при полной нагрузке трансформатора и взятии их отношения. Однако такой метод не нашёл применения из-за неэкономичности, так как необходимо использовать большое количество энергии при испытаниях трансформаторов.

На практике чаще используют косвенный метод, заключающийся в определении потерь в сердечнике РС из опыта холостого хода, а потерь в обмотке (потерь в меди) РМ из опыта короткого замыкания. Тогда подводимая к трансформатору мощность составит

Соответственно КПД определяют по следующему выражению

Так как отдаваемая мощность Р2 трансформатора имеет как активную так и реактивную составляющую, соотношение между которыми определяется коэффициентом мощности cos φ, то КПД трансформатора составит

где U2 – номинальное напряжение вторичной обмотки, определяемое из опыта холостого хода,

I2 – номинальный ток вторичной обмотки, определяемое из опыта короткого замыкания,

РС – потери мощности в сердечнике трансформатора,

РМ – потери мощности в обмотках трансформатора.

Стоит отметить, что потери мощности в опыте холостого хода и опыте короткого замыкания желательно измерять у предварительно прогретого трансформатора или пересчитывать токи и напряжения с учётом нормальной температуры работы Т = 75 °С.

Со следующей статьи я буду рассказывать, как рассчитывать различные типы трансформаторов, которые чаще всего используют.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Работа трансформатора в режиме короткого замыкания

Коротким замыканием называется такой предельный режим работы трансформатора, когда к первичной обмотке подведено какое-либо напряжение, а вторичная обмотка замкнута накоротко, следовательно, вторичное напряжение и2 равно нулю.

В условиях эксплуатации, когда к трансформатору подведено номинальное напряжение, короткое замыкание является аварийным режимом, так как при этом в обмотках возникают токи, в 10—20 раз превышающие их номинальное значение. Эти токи резко повышают температуру обмотки, а электромагнитные силы значительно возрастают. Поэтому трансформатор должен обладать необходимой механической и термической прочностью. В его схеме должна быть предусмотрена защита, способная отключить от сети короткозамкнутый трансформатор.

Опыт короткого замыкания, когда к первичной обмотке подводится пониженное напряжение 11К, при котором токи в обмотках равны номинальным, дает возможность определить напряжение короткого замыкания ?/к; мощность, идущую на покрытие потерь при коротком замыкании Рк; параметры короткого замыкания гк, хк и гк.

На рис. 4.25 схематически изображен однофазный трансформатор, работающий в режиме короткого замыкания.

Рис. 4.25. Схема при испытании трансформатора в режиме короткого замыкания

Подведем к зажимам первичной обмотки А—Х напряжение и, при котором токи в обмотках равны номинальным. Это напряжение, выраженное в процентах от номинального напряжения соответствующей обмотки, называется напряжением короткого замыкания, т. е. икк) = (6 г ік/6 г ном)100%.

Напряжение короткого замыкания имеет важное значение и указывается на щитке трансформатора наряду с другими его номинальными данными. Оно составляет икк)= 5,5-ДО,5%. Причем с увеличением мощности и напряжения трансформатора напряжение короткого замыкания увеличивается. Так как по первичной и вторичной обмоткам приведенного трансформатора протекают номинальные токи, то они создают первичную и вторичную МДС /[УГі и /2м>2. Вступая между собой во взаимодействие, эти МДС создают в сердечнике трансформатора основной магнитный поток Фк, который сцеплен с обеими обмотками трансформатора. Кроме того, МДС 1М? и /2и>2 образуют первичный и вторичный потоки рассеяния, причем каждый поток рассеяния, замыкающийся вне сердечника, в основном сцеплен с витками только этой обмотки. Поток Фк создает в первичной и вторичной обмотках трансформатора ЭДС Еік и Е, а поток рассеяния — ЭДС

Составим в комплексной форме уравнения для первичной и вторичной обмоток трансформатора, пользуясь уравнениями равновесия ЭДС

  • ГгГг = 0.
  • (4.13)

Уравнение МДС запишется следующим образом:

Сократив обе части равенства на щ, так как = уг2, получим уравнение токов

Так как Іїк составляет 5—10% номинального напряжения, то основной поток в сердечнике трансформатора Фк и необходимая для его создания намагничивающая составляющая МДС /ххи>і очень малы. Поэтому ими можно пренебречь. Тогда уравнение токов трансформатора при коротком замыкании запишется в виде

Для реального трансформатора также справедливо равенство (4.14), которое примет следующий вид:

А так как 1^ « 0, то, если иметь в виду только абсолютные значения /] и /2, получим соотношение токов в трансформаторе

Параметры и мощности потерь при коротком замыкании. Было установлено (4.15), что при коротком замыкании /1 = /’, поэтому уравнение электрического равновесия трансформатора принимает следующий вид:

называются параметрами короткого замыкания трансформатора.

Для определения параметров короткого замыкания производят опыт короткого замыкания, из которого определяют его напряжение, ток и мощность (ІІК, 1 и Рк).

При коротком замыкании напряжение и2 = 0 и полезная мощность трансформатора Р2 = и212сощ2 = 0, т. е. трансформатор не совершает полезной работы. Поэтому мощность Рк = икІіС05(рк, которую трансформатор потребляет при коротком замыкании, расходуется на покрытие потерь, состоящих из потерь в проводниках (меди) первичной И вторичной обмоток ірм 1 и ри2). Потерями в стали с) пренебрегают потому, что при опыте короткого замыкания напряжение 11 уменьшается в 20—30 раз по сравнению с опытом холостого хода, и потери в стали рс уменьшаются в 400—900 раз.

Д = Рщ + Рщ = А 2 ‘! + >1 Г 1 = /і 2 ‘! + І ‘ї г ї = ЛЧ-

Параметры короткого замыкания определяются по формулам

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий